КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Термодинамический расчет процессов горения и истечения. Теоретические основыСтр 1 из 8Следующая ⇒ Введение В представленных методических указаниях теоретические основы для моделирования одномерного процесса горения в камере сгорания, базирующиеся на проведении термодинамического расчета процесса горения и истечения в камере сгорания ЖРД. Для определения удельных параметров и геометрических размеров ракетного двигателя необходимо знать температуру, давление, состав и скорости продуктов сгорания в камере сгорания в различных сечениях сопла. Эти данные необходимы также и для расчета охлаждения стенок камеры. Высокие температуры горения в камере ЖРД вызывают сильную диссоциацию продуктов сгорания, которая, в свою очередь, влияет на их температуру и состав. Поэтому при определении температуры и состава продуктов сгорания в ЖРД учет диссоциации является обязательным. Кроме того, следует принимать во внимание и зависимость теплоемкости продуктов сгорания от температуры. Исходными данными для термодинамического расчета горения и истечения продуктов сгорания являются: • химический состав горючего и окислителя; •соотношение между количеством горючего и окислителя в камере сгорания; •давление в камере сгорания; •давление на срезе сопла. Расчет температуры и состава продуктов сгорания на выходе из камеры сгорания (перед реактивным соплом) производится при следующих допущениях: • смешение компонентов топлива является полным; • физическая неполнота сгорания отсутствует; • отдачи тепла в стенки камеры нет; • процесс сгорания протекает при постоянном давлении; •состояние продуктов сгорания на выходе из камеры сгорания является полностью химически и энергетически равновесным. При расчете процесса расширения в реактивном сопле ЖРД принимаются следующие допущения; • процесс расширения предельно химически и энергетически равновесен; •догорание топлива в сопле отсутствует; • отдачи тепла в стенки сопла нет; • трения и газодинамических потерь в сопле нет. В качестве иллюстрации излагаемого материала приводится пример проведения термодинамического расчета для кислородно-водородного жидкостного ракетного двигателя. Подробно изложенные этапы расчета имеют цель создания алгоритма программы численного решения. Термодинамический расчет процессов горения и истечения. Теоретические основы Задача термодинамического расчета – определение температуры и состава продуктов сгорания в различных сечениях (в частности, входном, выходном и критическом). Особенностью процессов в тепловых двигателях при высоких температурах (более 2000 К) является значительное усиление термической диссоциации рабочего тела. Время пребывания продуктов сгорания (ПС) в таких двигателях очень мало: газообразные продукты в камерах сгорания находятся тысячные доли, а при течении по соплу – десятитысячные доли секунды. Наличие в камерах обратимых процессов диссоциации означает, что ПС представляет собой химически реагирующую многокомпонентную смесь газов. Эти процессы приводят к уменьшению преобразования химической энергии в тепловую, что должно учитываться при расчете двигателей. При течении по соплу температура и давление газа уменьшаются. Установлено, что в диапазоне изменения этих параметров в соплах влияние температуры на диссоциацию сказывается сильнее, поэтому по мере движения газа по соплу диссоциация ослабевает. Состав ПС по длине сопла меняется: на выходе имеется больше продуктов полного окисления. Для химически активного газа, в котором протекают химические реакции рекомбинации с выделением тепла, кроме внутренней энергии U и энергии давления необходимо также учитывать химическую энергию . При температурах газа менее 2000 К степень диссоциации невелика, поэтому при рассмотрении процесса расширения в соплах изменение химического состава и можно не учитывать. При больших температурах в соплах происходит значительное изменение состава, а следовательно, и запаса . В этом случае уравнение энергии для движущегося газа записывают в виде: , (1) где I – энтальпия ПС. Нередко I называют полной энтальпией: . (2) Уравнение (1) обычно используют для определения скорости истечения из сопла диссоциированных ПС: . Если не учитывать изменения химической энергии рабочего тела вследствие реакций рекомбинации, то при расчете скорости истечения ошибка может достигать нескольких процентов. Поскольку по соплу состав ПС меняется, то и отношение теплоемкостей для каждого сечения сопла будет иметь разное значение. Процесс расширения в соплах с подводом тепла вследствие реакций рекомбинации можно рассчитывать, используя уравнение адиабаты с некоторым средним значением показателя n: С учетом уравнения состояния , (3) где , – соответственно газовая постоянная, температура и давление ПС в выходном сечении сопла; – то же на входе в сопло. Для нахождения этих параметров необходимо выполнять термодинамический расчет в указанных сечениях сопла.
|